[发明专利]超声波换能器及其装配方法以及包括至少一个这种换能器的流量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波换能器，所述超声波换能器可尤其用于对流体流量的测量特别是对液体流量的测量。本发明延伸到一种制造这种超声波换能器的制造方法。本发明还延伸到一种流量计，所述流量计包括处在流体流中的至少一个这种超声波换能器，尤其是面对面的至少两个超声波换能器。

背景技术

借助于至少一个超声波换能器对超声波在流体中行进时间的测量能够推导出所述流体的流量。然而，多个因素可能干扰所述超声波的路径并因此降低所述测量的精确性，甚至是使所述测量完全出错。所有接近所述换能器的环境元件都可能干扰经接收的信号并造成不精确性，所述不精确性尤其是来自于干扰反射以及压电堆积的较低信号/噪声比。

实际上，由已知的超声波换能器发送的信号在很大程度上取决于每个应用，并且需在每个装配之后经受校准。

已知设置使材料的厚度与所述压电晶片中的超声波的波长的四分之一成比例，以便实施使阻抗适配并且限制干扰反射。

还从FR2063324已知一种超声波换能器，所述超声波换能器包括压电片体和布置在所述压电片体的后表面侧的缓冲器，所述后表面与所述压电片体的前振动表面相反，所述缓冲器具有圆柱体的形状，所述圆柱体的其中一个端部上由锥体端接，该形状能够缓冲由所述压电片体的后表面发射的声波。所述缓冲器还具有非常长的长度，以便减弱来自于所述压电片体的后表面的超声波，这种长尺寸使得根据FR2063324的换能器的使用与应用不兼容，在所述应用中，所述超声波换能器的空间尺寸需尽可能地小，尤其是在测量在管道中的流体流量的情况下。

然而尽管有这些预防措施，已知的超声波换能器仍未获得足够的可靠性和精确性，使得在日常用途中使用所述超声波换能器以例如用于对在供水或废水排放的导管或管道中的流体流量的测量是受限制的。而且，已知的超声波换能器的缺点在于，已知的超声波换能器对所述流体的温度变化敏感，这进一步增加了测量的不精确性。在现有技术中设置使材料的厚度等于所述压电晶片中的超声波的波长的四分之一或与所述压电晶片中的超声波的波长的四分之一成比例的行为能够在某些测量中避免干扰反射，但仍不足以克服与所述干扰反射相关的问题，这尤其是因为所述干扰反射还取决于温度。然而，不可能在温度发生变化时改变围绕所述压电晶片的材料的厚度。

发明内容

因此，本发明旨在通过提供一种具有经改善的精确性和可靠性的超声波换能器来克服这些缺点，尤其是当流体的温度发生变化时。

本发明还更具体地旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器具有较高信号/噪声比并且能够测量可靠的流体流量。

本发明还旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器具有足够良好的精确性、可靠性、耐用性和耐侵蚀环境性(特别是在液态介质中)，以能够将所述超声波换能器用于商业或法规的目的。

本发明旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器能够克服损害对流体流量的测量的可靠性的干扰反射问题。

本发明还旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器具有较小尺寸，尤其是具有足以允许所述超声波换能器浸没在流体流中的足够小的尺寸，所述流体流具有足以允许在所述流体流中使用所述超声波换能器以例如用于对流量的测量的足够小的流动干扰。

本发明还旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器可按照与该超声波换能器在工业规模上的运用和在日常用途中的使用兼容的成本大批量地制造，以例如用于对在供水或废水排放的导管或管道中的流量的测量。

本发明还旨在提供一种制造具有相同优点的超声波换能器的制造方法。因此，本发明特别是旨在提供一种低成本的制造方法，该种制造方法可在与该制造方法在工业规模上的运用兼容的条件下大批量地实施。

本发明还旨在提供一种包括至少一个超声波换能器的流量计，所述流量计具有较低的制造和使用成本，同时具有经改善的精确性和可靠性，尤其是当流体的温度发生变化时。

为此，本发明涉及一种超声波换能器，所述超声波换能器包括：

-至少一个压电晶片，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面和背面表面，

-至少一个背面盘，所述至少一个背面盘具有平行的两个平坦的主要表面：前表面和后表面，所述背面盘的前表面与所述压电晶片的背面表面面对并且接触地延伸，

其特征在于，

-所述背面盘具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与十倍之间，特别是在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，